DISEÑO ESTRUCTURAL DE

PORTICOS

D E P O

Por :

Arcesio Ortiz B.

2007

INDICE

Introducción

Antecedentes.-

Proceso De Calculo Estructural

Copia Del Programa

Ingreso De Datos

1.- Por Archivo / Teclado

2.- Nombre Del Portico

3.- Tipos De Elementos

4.- Numero De Tramos

5.- Numero De Pisos

6.- Numero De Tramos

7.- Barras En La Estructura

- Cargas En Las Barras

- Repetir Estados De Carga

8.- Nudos Cargados

Calculo Y Resultados

Nuevo

Cambia Fy Y Fc

Cambia Cargas

Reporte

Salida Pantalla

Graficos

Bibliografia

2007

Introducción .-

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PÓRTICOS ORTOGONALES es un

programa que permite calcular estructuras planas, pórticos planos ,

cuyos miembros estén unidos en ángulos rectos – 90 grados - ,

pudiendo ser de hormigón , acero u otro material cuyas características

físicas sean conocidas.

Habiendo un sin numero de programas de cálculo y diseño estructural,

no sería muy práctico pretender que, crear un nuevo programa de esta

naturaleza pueda aparecer como una novedad. Pero creo que hay un

espacio, entre los que dominan programas de cálculo estructural y

aquellos que no utilizan el computador como herramienta básica para

estos propósitos.

Con estas consideraciones, el presente programa tiene su funciona

miento, entonces, en que:

- En nuestro medio- me refiero al ecuatoriano- los Softwares o

programas de cálculo de estructuras son en general, más

complicados de utilizar, por estar en otro idioma, o por el

número de variables que se deben ingresar.

- La mayoría de los ingenieros civiles y/o arquitectos, no

realizan los cálculos estructurales de una edificación, porque

ven a este proceso como algo “tedioso”, largo e innecesario

(injustificadamente).

- La facilidad de uso del presente trabajo y la objetividad de sus

resultados dan gran versatilidad al uso. Con los datos

preparados ingresarlos al programa toma un par de minutos.

- Una vez que se tienen los datos iniciales, (como número de

pisos de la estructura, número de tramos, elementos tipos,

dimensiones, cargas en barras y nudos) para alimentar el

cálculo, el proceso es simple y el ingreso de los datos y cálculo

en sí, toma, como tiempo promedio 1 segundo.

- La necesidad y la dificultad que a la vez, representa,

manualmente o por medio de otros programas, el tener un

gráfico de Diagrama de Momentos comprensible, y

- El estudio de los casos de diseño estructural –camino por el

que hemos pasado todos los profesionales e nuestra vida

estudiantil- se verá tremendamente facilitado y acelerado, creo,

por el uso del Diseño Estructural de Pórticos ( Ortogonales ).

(DEPO).

Vista así este trabajo va dirigido a aquellos – profesionales,

estudiantes y empresas- que necesiten una herramienta técnica, fácil y

práctica para calcular estructuras, de hormigón armado, metálicas,

ortogonales que en gran mayoría son las que tenemos a diario que

manejar.

El Autor.

Antecedentes.-

Proceso de Cálculo Estructural.-

El proceso del Cálculo estructural se resume a ingresar Datos de una

estructura, calcular y obtener Resultados, que sirven para diseñar los

elementos ( calcular las secciones de acero de refuerzos requeridas en

el hormigón ). Así:

DATOS CÀLCULO RESULTADOS

Geometría de Estructura

Geometría de barras:

Vigas, Columnas, Muros.

Dimensiones

Rigideces

Inercias

Cargas en las barras

Puntuales

Uniformes( por m2)

Cargas en los Nudos

Mètodo de

Càlculo

-Rigideces

-Momentos de

Empotramiento

Perfecto.

-Giros

-Desplazamientos.

-Momentos finales

-Cortantes finales

El programa, recibe los datos de la estructura, calculada pórticos

planos ortogonales, dando como resultado los momentos, cortantes

giros y desplazamientos finales.

Fue desarrollado en Visual Basic 6.1, por ser un lenguaje de

programación de alto poder gráfico y facilita el ingreso de datos a

través del ratón, principalmente.

El programa recibe los datos en unidades compatibles, metros para las

longitudes de los tramos y alturas de los pisos, centímetros para las

dimensiones de los elementos o piezas, Toneladas, kilo Newtons, Kg,

etc., para las cargas y los procesa, Luego arma la matriz de rigideces

en base a las ecuaciones de Maney, sin considerar deformaciones

axiales, ni por temperatura, tomando en cuenta giros y

desplazamientos como incógnitas.

El Mètodo de càlculo de la matriz de rigideces, es el de Gauss-

Jordan; después distribuye los giros y desplazamientos por el mismo

sistema de Maney para obtener los Momentos y Cortantes finales.

Cabe destacar que al ingresar los datos de las dimensiones, el

programa determina, para los diafragmas, sus rigideces

automáticamente cuando la relación h/b del elemento es mayor a 4.

Copia del Programa.-

El programa DEPO, ya sea en diskette o en CD, está en un directorio

de trabajo llamado también DEPO. Esta carpeta debe primero copiarse

al disco duro del computador, a través del Explorador de Windows u

otro programa antes de empezar a trabajar para obtener mejores

resultados de velocidad.

Ingreso de Datos .-

El ingreso de datos, se lo realiza a través de plantillas, botones que

permiten interactuar para este propósito. Cada vez que se ha ingresado

los datos de una pantalla debemos hacer un clic en el botón Siguiente,

para pasar al siguiente menú.

El Programa solicita:

1. Por Archivo / Teclado : Si los datos van a ser ingresados por

teclado o a través de un archivo ya creado.

a).- Si escoge la opción Archivo , aparece una ventana con todos

los archivos guardados. Se debe seleccionar un o y hacer un clic

en Aceptar. El programa realiza los cálculos y luego pasa al Menú

General (Ver adelante - Càlculo y Resultados):

b).-Si se escoge la opción Teclado pasa a continuación:

2. Nombre del pórtico.- Se debe ingresar el nombre con el cual

vamos a identificar un pórtico y, volver a llamar el proceso de

cálculo. Como se indica este debe tener un máximo de 8

caracteres. Ej.: Portico1.

Grafico 1

3. Tipos de elementos.- Se debe tener claramente el número de

piezas, que sean vigas o columnas cuyas dimensiones no sean

repetidas y tabularlas. Por ejemplo:

Todas las columnas de una edificación son de 30x30cm, entonces

tengo tipo 1. Si luego tengo vigas de 30x50 serán tipo 2 y así

sucesivamente. Si tengo otra viga o columna en el edificio de

dimensiones por ejemplo 40x30 será tipo 3. Esto se puede apreciar

en el Gráfico 2:

4. Numero de tramos.- El número de vanos horizontales.

Grafico 2

5. Numero de Pisos.- El número de entrepisos con sus alturas

independientes.

Presionando el botón Continuar y Ver Gráfico presenta la

primera pantalla gráfica (gráfico 4) con la distribución de los

nudos de la estructura.

Esto se recomienda imprimir, presionando el boton respectivo,

para tener en papel, la asignación de los tipos de elementos a las

barras – vigas o columnas – de la estructura.

Grafico 3

Cabe mencionar que si uno al ver el gráfico no está conforme con

el pórtico puede hacer un clic en el botón Atrás y modificar las

dimensiones.

6. Barras de la estructura.- Aquí se define que tipo de elemento

1,2,3, etc., mencionado en el punto 3. se presenta el gráfico 5:

Grafico 5

Grafico 4

A cada barra, sea viga o columna corresponde un tipo, de acuerdo

a los definidos en el punto 3. Es decir se asigna aquí las

dimensiones de los elementos. Dato necesario para calcular las

rigideces, inercias, etc..

La asignación puede ser realizada de dos maneras:

1) Asignando los tipos por piso a las vigas y columnas.

2) Asignando cada elemento definiéndolo por los nudos que lo

limitan.

Nota:

Para estructuras que no son uniformes hasta el piso superior,

teniendo toda la armazón, DEPO permite eliminar barras,

asignando tipo 0 – cero -.

Grafico 6

7. Cargas en las barras.- Aquí se permiten ingresar las cargas

Puntuales (1) o Uniformes (2) que actúan sobre las barras. Primero

las vigas y luego las columnas. Se debe tener las solicitudes

Mayoradas o Ultimas, calculadas con sus respectivos anchos

cooperantes para cada pórtico plano. (Ver gráfico 6)

El programa permite ingresar una combinación de hasta 5 cargas

puntuales y 5 cargas uniformes en cada barra. Los datos que el

programa pide son:

1) Cargas uniformes.- ( Carga Viva, Sobrecargas Peso Propio,

etc.,)

La magnitud en Ton/ml, KN/m, Kg/m, etc.,

El punto inicial de la aplicación de la carga, generalmente

0, en m.

El punto final de la aplicación, generalmente la longitud

total de la barra, L en m. ( este dato lo preasigna

DEPO pero puede ser modificado ).

2) Cargas Puntuales.- (Vehiculares)

El valor de la carga. En Ton, KN, KG, etc.,

Punto de aplicación, desde el lado derecho – en vigas – y

desde abajo – en columnas – en m, cm, etc.,

NOTAS:

- El programa, al presionar Siguiente, pasa a la siguiente barra.

Al presionar Salir pasa a la siguiente pantalla.

- Las barras van saliendo numeradas. Para las que tienen igual

cargas, solo presionamos Siguiente hasta completar todas las

barras cargadas.

- Generalmente las columnas no tienen cargas, a menos que sean

cargas laterales de empuje de tierras o agua.

- No debe confundirse, las cargas en las columnas con cargas

sobre los nudos, que es el siguiente paso.

Grafico 7

Repetir estados de carga .- Existen las funciones, para cuando el

usuario desea ingresar solamente el estado de carga en una viga o

columna y repetirlo en las demás (Grafico 6)- Tiene 3 opciones:

1.- Todas las vigas

2.- Pasando un vano.

3.- Todas las barras.

Luego de escoger su mejor opción se puede presionar el botón Ver,

para visualizar como queda la estructura aplicándole el estado de

carga deseado. (Grafico 7). Aparece una pantalla en donde se hace clic

en el botón Ver Cargas y Volver para regresar si se acepta.

8. Nudos cargados.- Son las cargas laterales que soporta la

estructura. Se ingresan los nudos cargados que tenga la estructura,

hasta completar el número de nudos con carga.

Número.- Que numero le corresponde al nudo cargado, de

acuerdo al gráfico del punto 5.

FX.- Valor del empuje calculado y mayorado en X. sea en

Ton, KN, Kg, etc., siendo valor positivo de izquierda a

derecha.

FY.- El valor de la carga en el Nudo hacia abajo positiva. (

Caso de Volados).

Mz.- El valor en T-m, Kn-m, etc. Del momento actuante o

reemplazante de un volado u otro fenómeno ya

cuantificado.

(Ver grafico 8)

Grafico 8

Cálculo y Resultados.-

El menú principal del programa, (Ver grafico 9) es una pantalla que

tiene la información general de los datos ingresados, como Nombre

Grafico 9

del portico que esta siendo analizado, nudos, barras, nudos con carga,

barras con carga, etc. Este nos permite trabajar con los resultados, con

las siguientes opciones:

Nuevo.- Permite salir de esta pantalla e ingresar los datos de otro

pórtico.

Cambia fy – fc.- Permite cambiar los valores de módulo de

elasticidad fy y el esfuerzo de ruptura a la compresión de hormigón

f’c, con los cuales se van a diseñar las vigas en el archivo de

resultados. Los valores base son fy=4.200 Kg/cm2 y f’c=210 Kg/cm2.

(Ver grafico 10)

Cambia Cargas.-

Permite cambiar con la misma geometría de la estructura los estados

de carga que actúan sobre esta . Se debe dar un numero cuando se pide

: Ingrese el numero de hipótesis de carga, para diferenciar los reportes.

(Ver grafico 11)

Grafico 10

Reporte.- El programa crea en el directorio DEPO ( de trabajo ), un

archivo con el nombre del pórtico dado inicialmente y la extensión o

tipo REP o si es de otro estado de cargas Tipo RE1, RE3, etc.. Este se

puede abrir con cualquier editor de texto. Sea Microsoft Word o Word

Pad.

En este archivo están los datos y los resultados de los cálculos

realizados, así como una aproximación al diseño de las vigas, con la

sugerencia de la cantidad de acero de refuerzo necesitada en esta.

Este constituye la Memoria de Càlculo de la estructura dada por el

programa.

Grafico 11

Salida pantalla.- Esta opción permite al usuario ver en el monitor los

resultados del cálculo. (Ver grafico 12)

1) Rigideces k, a, k’, etc.

2) Cortantes.- Valoras del esfuerzo cortante V en las

unidades que se ingresaron las cargas.

3) Momentos, de empotramiento y finales Negativo –

extremos de barra – y Positivo centro de la barra.

4) Giros, rigideces sumadas de nudo y desequilibrantes.

Valores muy útiles para comprar resultados parciales.

5) Deltas.- Desplazamientos finales, rigideces T, T de pisos

etc.

6) Ecuaciones, permite ver las ecuaciones que conformaron la

matriz final de rigideces.

Grafico 12

Gráfico.- Esta opciòn nos cambia a una pantalla del Gráfico del

programa, en la cual tenemos todas las opciones que facilitan ver los

resultados del cálculo del pórtico. Deberemos presionar la opción

Presionando el botón de cada opción tenemos las siguientes opciones

a continuación::

Ver Gráfico. Permite ver la armazón de la estructura sin cargas.

(Ver grafico 13).

Grafico 13

Cargas. Permite ver las cargas sobres las barras y sobre los nudos.

(Ver grafico 14)

Grafico 14

Nudos. Permite ver la numeración de los nudos. Ver Grafico 15

Grafico 15

Barras. Permite ver la numeración de las barras. Grafico 16

Grafico 16

Rigideces. Presenta los valores de las rigideces k.. Grafico 17

Grafico 17

Giros. Presenta los valores de los giros en los nudos. Grafico 18

Grafico 18

Diag_Mom. / Diag Corte- Este botón cumple dos funciones: Presenta

el gráfico del Diagrama de momentos y el Diagrama de Cortante, de

la estructura. Grafico 19ª, 19b, respectivamente.

Grafico 19ª

Grafico 19b

Momentos.- Presenta los valores de los momentos negativos –

extremos – de las barras y en cabeza y pie de columna. Grafico 20

Grafico 20

M_Empot. Presenta los momentos de empotramiento perfecto en los

extremos. Grafico 21

Grafico 21

M - positivo. Visualiza los valores de los momentos en el centro de

las barras. Grafico 22

Grafico 22

Cortantes. Visualiza los esfuerzos cortantes en los extremos de las

vigas y en cabeza y pie de columna. Grafico 23

Grafico 23

Dimens. Permite recordar los valores de las dimensiones de cada

barra en centímetros. b/h.. Grafico 24

Grafico 24

Imprimir. Permite imprimir la actual pantalla por medio de la

impresora. Esta debe estar conectada y lista .

Salir. Sale de la Pantalla Gráfica.

NOTA: Todos estos datos son obtenidos, en unidades consistentes a

los datos suministrados por el usuario.

Bibliografía.-

- Cálculo de Estructuras.- Richard Guldan

- Análisis de Estructuras.- Mc Kormac Elling

- Manual de Visual Studio.- Microsoft.